DNA is a frequent target of oxidative agents from both inner and outer sources. One of the most studied DNA adduct among the oxidized bases is 8-oxoG and determination of its level can be used as a reliable gauge of the oxidative stress load of an organism. The 8-oxoguanine DNA glycosylase 1 is the dedicated enzyme to excise the 8-oxoG during the DNA base excision repair process from nuclear and mitochondrial genomes. Accumulation of 8-oxoG in the DNA connected to various disorders like cancer, aging, Alzheimer disease, although OGG1 knock-out mice have normal life span, show only moderate increases in tumor formation, have an increased tolerance to chronic oxidative stress and are less susceptible to inflammatory processes. In this work we describe that OGG1 can exert non-repair functions after binding its excised product, 8-oxoG. We demonstrated that OGG1 has a non-catalytic binding site for 8-oxoG. In a complex with its product, OGG1 not only becomes more efficient removing oxidized guanine, but also goes through sterical changes, which enable its physical interaction with small GTPases, Ras and Rac1 proteins. These interactions result in GDP to GTP exchange activating these small GTPases. We found that intranasal administration of 8-oxoG increases both Ras-GTP and Rac1-GTP levels in the lungs of experimental mice. Our results also show that both externally added and intracellularly generated 8-oxoG bases are able to form a complex with OGG1 leading to Ras activation. We revealed that OGG1/8-oxoG complex formation can lead to MEK/ERK phosphorylation via Ras or a NOX4-mediated increase in cellular ROS levels via Rac1. While the biological significance of our findings has yet to be fully elucidated, it appears that activation of the small GTPase Rac1, leading to localized ROS generation could be part of a physiological DNA damage/repair response initiated by OGG1. As the OGG1/8-oxoG not only activates Rac1 but also the canonical Ras family GTPases, it could be considered that Rac1/NOX4/ROS and Ras-mediated signaling are involved in maintaining cellular homeostasis. We also speculate that a failure in the control of OGG1 activity may lead to excessive release of 8-oxoG from DNA, resulting in unscheduled activation of Rac and Ras family GTPases that could result in pathophysiological cellular responses, contributing to diseases, cellular senescence, and aging processes.

A DNS gyakori célpontja mind a külső, mind a belső eredetű oxidatív ágenseknek. Az egyik legtöbbet tanulmányozott oxidált DNS bázis az 8-oxoguanin (8-oxoG), aminek mért mennyisége a szervezetet ért oxidatív stressz mércéjeként használható. A 8-oxoG kivágásáért a 8-oxoguanin DNS glikoziláz-1 (OGG1) a felelős enzim, ami a bázis-eltávolító javítás során kivágja az oxidált guanint mind a nukleáris, mind a mitokondriális genomból. Annak ellenére, hogy a 8-oxoG akkumulálódása a DNS-ben összeköthető olyan rendellenességekkel, mint a rák, Alzheimer-kór, öregedés, az OGG1 knock-out egerek élettartama nem csökken, tumor képződési hajlamuk csak kevéssé emelkedik, valamint mind a krónikus oxidatív stresszel, mind a gyulladásos folyamatokkal szembeni állóképességük megnövekszik. Ebben a tézisben az OGG1 egy olyan új működését írjuk le, amit a kivágott 8-oxoG megkötésével képes kifejteni. Bemutatjuk, hogy az OGG1 rendelkezik egy katalitikustól független 8-oxoG kötőhellyel és a kivágott termékével komplexben nemcsak sokkal hatékonyabban távolítja el az oxidált guanint, hanem olyan térszerkezeti változáson megy át, ami lehetővé teszi Ras és Rac1 szabályzó GTP-ázokhoz való kötődését. Ez a kapcsolódás elősegíti a GDP lecserélődését GTP-re, ami ezen a szabályzó GTP-ázok aktiválásához vezet. Kimutattuk, hogy 8-oxoG intranazális beadása után a tüdőben megnövekszik a Ras és a Rac1 fehérjék szintje. Az eredményeink szerint mind a hozzáadott, mind a sejten belül keletkezett 8-oxoG bázis képes az OGG1-el komplexet képezni és aktiválni a Ras fehérjét. Kimutattuk, hogy az OGG1/8-oxoG komplex képződése MEK/ERK aktivációhoz vezethet a Ras protein-, míg reaktív oxigén gyökök (ROS) képződéséhez a Rac1/NOX4 aktiválásán keresztül. Konklúzióként levonhatjuk, hogy habár ezen eredmények jelentősége még nem teljesen ismert, úgy tűnik, hogy a szabályzó GTP-áz, Rac1 aktivációja és helyi ROS keletkezése egy DNS javító mechanizmus OGG1-en keresztüli fiziológiás válasz részét képezi. Mivel az OGG1/8-oxoG komplex nemcsak a Rac1-et, hanem a Ras család klasszikus GTP-ázait is aktiválja, lehetséges, hogy a Rac1/NOX4/ROS és Ras általi jelátvitel a sejt homeosztázisának fenntartásában is szerepet játszik. Szintén elképzelhetőnek tartjuk, hogy az OGG1 szabályozás feletti kontrol elvesztése a 8-oxoG molekula nagy mennyiségű eltávolításához, és ez által a Rac1-, és Ras GTP-ázok soron kívüli aktiválásához vezet, ami hozzájárulhat kóros sejtválaszok, valamint betegségek és öregedési folyamatok kialakulásához.